Czy zielone diody sygnalizujące stan wymiany informacji oznaczają, że można spać spokojnie? Przedstawiamy typowe błędy występujące na instalacjach z tą magistralą danych.

Profibus DP to sieć wspierająca komunikację pomiędzy urządzeniami różnych producentów. To najczęściej fioletowy kabel, w którym znajdują się dwa przewody: A (zielony) oraz B (czerwony), a także ekran, który chroni przed zakłóceniami elektromagnetycznymi. Ze względu na to, że Profibus DP jest oparty na RS 485, to występują ograniczenia długości magistrali. Najczęściej stosowane prędkości i maksymalne długości:

  • 0,5 Mbit/s – maksymalna długość 400 m
  • 1,5Mbit/s – maksymalna długość 200 m
  • Od 3Mbit/s i powyżej – maksymalna długość 100 m

Ma to zastosowanie dla kabli spełniających normę IEC 61158. Maksymalna ilość urządzeń, jaką możemy podłączyć to 128. Urządzeniom przypisuje się adresy od 0 do 127 (z czego adres 126 to adres domyślny dla urządzeń bez przełączników do ustawiania adresu – dla nich adres przypisujemy dedykowanym oprogramowaniem. Z kolei 127 to adres rozgłoszeniowy.)

Do jednej linii (segmentu) możemy podłączyć maksymalnie 32 interfejsy Profibus DP i na obydwu końcach magistrali należy włączyć rezystory terminujące. Za pomocą repeatera (wzmacniacza sygnału) możemy dołączyć kolejny segment.

Repeater pozwala na:

  • Zwiększenie ilości urządzeń w sieci,
  • Zwiększenie długości magistrali Profibus DP,
  • Odświeżenie (zregenerowanie sygnału)
 Couplery oraz moduł do transmisji bezprzewodowej
Fot. 1 Dwa DP/DP Couplery oraz moduł do transmisji bezprzewodowej

 

Typowe błędy wpływające na pogorszenie, a nawet zerwanie komunikacji

W przypadku Profibus DP za większość błędów odpowiada warstwa fizyczna, niektórzy szacują, że jest to nawet ok 80%.

Najczęstsze błędy to:

  • źle podłączone przewody A i B we wtyczce
  • brak ciągłości przewodów A, B lub ekranu
  • zwarcia A/B lub do ekranu
  • włączone terminatory w środku segmentu
  • brak terminacji na końcach segmentu
  • brak zasilania drabinki rezystorowej terminatora
  • zbyt długi kabel magistrali
  • zakłócenia elektromagnetyczne

Zalecenia PROFIBUS INTERNATIONAL

Międzynarodowa organizacja Profibus International stworzyła instrukcję instalacji magistrali Profibus. Zwraca uwagę przede wszystkim na to, jak uziemiać ekrany, jak przewody zasilające wpływają na działanie komunikacji i co robić, aby ten wpływ był jak najmniejszy. Nie wszyscy wiedzą, że najkrótszy odcinek przewodu Profibus to 1m (dwa urządzenia powinny zostać podłączone przewodem nie krótszym niż 1m). Dobrze jest zapoznać się z tymi zaleceniami i wyeliminować problemy już na etapie instalacji kabli.

Dlaczego warto robić pomiary i jak one wyglądają?

Porównałbym to do diagnostyki i przeglądu samochodu. Podczas normalnego użytkowania nie jesteśmy w stanie stwierdzić, że pewne elementy się zużywają i czas na wymianę, bo w przeciwnym razie możemy doprowadzić do poważniejszej awarii. Zatem jeżeli oddajemy klientowi instalację lub maszynę, musimy być pewni, że w momencie przekazania wszystko jest zgodne z zaleceniami i działa tak, jak należy. Unikamy w ten sposób sytuacji, w których klient zrzuca na nas winę za awarię.

Profibus Inspektor
Fot. 2 Badanie warstwy logicznej za pomocą Profibus Inspektorów

 

Case study

  • Miejsce: Wrocław
  • Maszyna: prasa

Pomiary były wykonywane przy użyciu sprzętu Indu-Sol, a dokładnie:

  • PROFIBUS INspektor NT
  • PB-Q One
  • Profibus Cable Tester PROFtest II
  • EMCheck (do pomiaru prądu upływności w ekranie oraz do pomiaru rezystancji ekranu)

Opis badanej sieci

Instalacja składała się z dwóch niezależnych sieci podłączonych do sterownika S7-319. Do portu X1 było podłączonych 5 urządzeń i był on skonfigurowany do pracy z prędkością 12 MBit/s. Długość segmentu dla tej prędkości nie powinna przekraczać 100 m (lata doświadczeń pokazują, że 60 m jest praktyczną granicą stabilności pracy). Zmierzona długość segmentu i całej sieci wyniosła 62 m. Na granicy.

Podłączony PROFIBUS INspektos NT po 2h pracy nie wskazał żadnych błędów na poziomie logicznym (błędne ramki, powtórzenia itd.). Nie było błędów także w drugiej sieci, która pracowała już z dużo mniejszą prędkością – 1,5 MBit/s i składała się z 30 urządzeń.

Następnie do pracy został użyty PB-Q One, aby zmierzyć poziomy napięć na interfejsach, sprawdzić kształt przebiegów sygnału na oscyloskopie oraz aby wyznaczyć topologię sieci i odległości między urządzeniami. Należy zaznaczyć, że istotne jest to, aby wykonywać pomiary na dwóch końcach segmentu.

Sieć 12 MBit/s składała się tylko z jednego segmentu, więc wydawać by się mogło, że to prosta sprawa. Ale… Na jednym końcu, na falowniku, założona była wtyczka 180°, czyli bez złącza diagnostycznego. Długo trwało przekonywanie inżyniera, który przyjechał na uruchomienie, że warto dołożyć punkt pomiarowy za falownikiem i tam włączyć terminator. Dodatkowo projekt przewidywał wyłączanie tego napędu w niektórych sytuacjach. Bez wcześniejszego zaterminowania segmentu układ pracowałby z jednej strony na niezasilanej drabince rezystorowej, a przy prędkości 12MBit/s mogłoby to powodować zakłócenia w transmisji. W przypadku dodatkowego punktu pomiarowego z włączonym terminatorem, wyłączanie falownika nie będzie miało wpływu na komunikację.

punkt pomiarowy
Fot. 3 W dolnej części widoczny zainstalowany punkt pomiarowy

 

Im dalej w las, tym niestety było więcej błędów, które wcale nie musiały wynikać z niedbalstwa, a wynikały jedynie z braku wiedzy o podstawach działania sieci:

  • Urządzenia podłączone przewodami krótszymi niż metr.
  • Brak punktów pomiarowych na końcach każdego segmentu. Przypomnę że klasyczny repeater znanej i popularnej niemieckiej marki posiada złącze diagnostyczne połączone z segmentem A1B1 (górnym).
  • W jednym z segmentów drugiej sieci (1,5 MBit/s), w której znajdowały się cztery enkodery CEV, poziomy napięć były bardzo niskie oraz dodatkowo poziom ciszy (sygnał różnicowy na magistrali, gdy nie jest nadawany żaden stan logiczny) był dużo poniżej 1V, co sugerowało problemy z terminatorami.

W takich sytuacjach z pomocą przychodzi tester kabli PROFtest II. Po odłączeniu segmentu i wyłączeniu terminatorów na obydwu końcach linii, tester wykrył włączone rezystory terminujące we wszystkich urządzeniach oraz nieciągłości ekranu (nieprawidłowo zarobione wtyczki M12 lub źle założone dławiki).

źle zarobione wtyczki
Fot. 4 Brak ciągłości ekranu, źle zarobione wtyczki M12

 

Wnioski

Wszystkie niedociągnięcia zostały poprawione:

  • Zainstalowano dodatkowe punkty pomiarowe.
  • Wydłużono odcinki przewodu w miejscach, gdzie były za krótkie.
  • Zarobiono na nowo wtyczki, w których stwierdzono brak ciągłości ekranu lub zbyt dużą rezystancję (nie powinna przekraczać 0,6 Ohm, a zdarzało się 1000 razy więcej).
Źle podłączony ekran
Fot. 5 Źle podłączony ekran oraz włączone terminatory w enkoderach

 

Mam nadzieję, że po przeczytaniu tego artykułu, może nie zaczniesz masowo audytować swoich sieci Profibus, ale przynajmniej będziesz mieć świadomość, że zielone diody wcale nie muszą oznaczać, że nie ma błędów i wszystko jest ok.

Audyt wykonywany był przy pomocy urządzeń diagnostycznych firmy INDU-SOL, których jedynym dystrybutorem jest firma Stercontrol Automatyka.

 

Autor: Kamil Jastrzębski – Trener i ekspert w EMT-Systems Sp. z o.o. Absolwent Wydziału Elektroniki Politechniki Wrocławskiej. Od 2007 roku zajmuje się programowaniem i uruchamianiem systemów sterowania i wizualizacji. Bardzo duże i wszechstronne doświadczenie przemysłowe zdobył pracując w firmie integratorskiej oraz w utrzymaniu ruchu, w zakładzie z branży FCMG, gdzie m.in. wdrażał systemy klasy DCS – SIMATIC PCS7, klasyczne systemy sterowania PLC+HMI, układy napędowe na bazie SIMOCODE i SINAMICS. Ekspert w dziedzinie konfiguracji i diagnostyki przemysłowych sieci, certyfikowany inżynier PROFIBUS i PROFINET. Wiedza i praktyczne umiejętności z obszaru pracy trenera oraz profesjonalne techniki szkoleniowe są potwierdzone certyfikatem Train The Trainer, który otrzymał po ukończeniu studiów podyplomowych Master of Business Training na Uniwersytecie Ekonomicznym w Poznaniu.

Zdjęcia: Marek Grdeń – Absolwent Wydziału Elektrycznego Politechniki Wrocławskiej. Od ponad 10 lat związany z branżą automatyki. Od 3 lat specjalizuje się w budowie i diagnostyce sieci przemysłowych PROFINET oraz PROFIBUS. Posiada tytuł certyfikowanego inżyniera sieci PROFINET. Ściśle współpracuje z firmą Indu-Sol, stale podnosząc swoje kompetencje.